‘Oumuamua Kodunu Kırmak: Uzaylı Uzay Gemisi mi, Doğal Fenomen mi?

Bu sanatçının izlenimi, Güneş Sisteminde keşfedilen ilk yıldızlararası nesneyi, 2017’de keşfedilen 1I/’Oumuamua’yı gösteriyor. Asi nesne, güneş sisteminden hızla çıkmadan önce Güneş’in 24 milyon mil yakınında savruldu. . Kredi: ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser

2017’de kuyruklu yıldızın alışılmadık ivmesi, buzdan çıkan hidrojen gazıyla açıklandı.

2017’de, ‘Oumuamua’ adlı gizemli bir kuyruklu yıldız onu ateşledi. hem bilim adamlarının hem de halkın hayal gücü. Güneş sistemimizin dışından gelen bilinen ilk ziyaretçiydi, çoğu kuyruklu yıldız gibi parlak bir saçağı veya toz kuyruğu yoktu ve tuhaf bir şekli – puro ile gözleme arası bir şey – ve küçük boyutu bir kuyruklu yıldızdan çok bir asteroide yakışıyordu.

Ancak gökbilimcilerin açıklayamayacağı bir şekilde güneşten uzaklaşması bilim adamlarının kafasını karıştırdı ve bazılarının bunun bir uzaylı uzay gemisi olduğunu öne sürmesine yol açtı.

Şimdi, bir California, Berkeley, astrokimyacı ve Cornell Üniversitesi’nden bir astronom, kuyruklu yıldızın güneş etrafındaki hiperbolik bir yoldan gizemli sapmalarının, muhtemelen birçok buzlu kuyruklu yıldızda yaygın olan basit bir fiziksel mekanizma ile açıklanabileceğini iddia ediyor: kuyruklu yıldız güneş ışığında ısınırken hidrojen gazı çıkışı.

‘Oumuamua’yı güneş sistemimizdeki iyi incelenmiş diğer tüm kuyruklu yıldızlardan farklı kılan şey, boyutuydu: O kadar küçüktü ki, güneş etrafındaki yerçekimi sapması, hidrojen gazı fışkırdığında oluşan küçük itmeyle biraz değişti.buzun.

Çoğu kuyruklu yıldız, güneş sistemimizin dış alanlarından periyodik olarak güneşe yaklaşan kirli kartoplarıdır. Bir kuyruklu yıldız güneş ışığıyla ısındığında su ve diğer molekülleri dışarı atarak çevresinde parlak bir hale veya koma ve genellikle gaz ve toz kuyrukları oluşturur. Fırlatılan gazlar, kuyruklu yıldıza yörüngesini asteroitler ve gezegenler gibi diğer güneş sistemi nesnelerine özgü eliptik yörüngelerden hafifçe değiştiren küçük bir tekme vermek için bir uzay aracının iticileri gibi hareket eder.

{11 }Yıldızlararası kuyruklu yıldız ‘Oumuamua’nın güneşe yaklaşırken ısındığı ve yörüngesini hafifçe değiştiren hidrojeni (beyaz sis) dışarı çıkardığı bir sanatçının tasviri. Büyük olasılıkla gözleme şeklinde olan kuyruklu yıldız, başka bir yıldızdan güneş sistemimizi ziyaret eden toz tanecikleri dışında bilinen ilk nesnedir. Kredi: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI), Frank Summers (STScI)

Keşfedildiğinde, ‘Oumuamua’nın saçı veya kuyruğu yoktu ve yeterli enerjiyi yakalayamayacak kadar küçük ve güneşten çok uzaktaydı. gökbilimcilerin bileşimi ve onu dışarı doğru iten şey hakkında çılgınca spekülasyonlara yol açan çok fazla su çıkarmak. H2’yi gazdan çıkaran bir hidrojen buzdağı mıydı? Güneşten gelen hafif basınçla itilen büyük, kabarık bir kar tanesi mi? Uzaylı bir uygarlığın yarattığı hafif bir yelken mi? Kendi gücüyle çalışan bir uzay gemisi mi?

Uzayın soğuk boşluğunda buzlu kayalarda meydana gelen kimyasal reaksiyonları inceleyen UC Berkeley’de kimya dalında yardımcı doçent olan Jennifer Bergner, daha basit bir açıklama olabileceğini düşündü. Konuyu, şu anda Cornell Üniversitesi’nde Ulusal Bilim Vakfı doktora sonrası araştırmacısı olan meslektaşı Darryl Seligman’a açtı ve bunu test etmek için birlikte çalışmaya karar verdiler.

“Yıldızlararası ortamda seyahat eden bir kuyruklu yıldız temelde pişiyor. kozmik radyasyonla, sonuç olarak hidrojen oluşturur. Düşüncemiz şuydu: Eğer bu oluyorsa, güneş sistemine girdiğinde ve ısındığında, o hidrojeni dışarı atması için onu vücutta hapsedebilir miydiniz? dedi. “Bu, yerçekimi olmayan ivmeyi açıklamak için ihtiyaç duyduğunuz kuvveti nicel olarak üretebilir mi?”

Şaşırtıcı bir şekilde, 1970’ler, 80’ler ve 90’larda yayınlanan deneysel araştırmaların, buza çarptığında kozmik ışınlara benzer yüksek enerjili parçacıklar tarafından, moleküler hidrojen (H2) bol miktarda üretilir ve buz içinde hapsolur. Aslında, kozmik ışınlar buza onlarca metre nüfuz edebilir ve suyun dörtte birini veya daha fazlasını hidrojen gazına dönüştürebilir.

“Birkaç kilometre çapındaki bir kuyruklu yıldız için, gaz çıkışı diğerlerine göre gerçekten ince bir kabuktan olur. yani hem kompozisyon hem de herhangi bir ivme açısından, bunun algılanabilir bir etki olmasını beklemezsiniz” dedi.Bununla birlikte, göreceli boyutlar oldukça kesin olsa da, gökbilimciler gerçek boyuttan emin olamadılar çünkü çok küçük ve teleskopların çözemeyeceği kadar uzaktı. Boyutun, kuyruklu yıldızın parlaklığından ve kuyruklu yıldız yuvarlanırken parlaklığın nasıl değiştiğinden tahmin edilmesi gerekiyordu. Bugüne kadar güneş sistemimizde gözlemlenen tüm kuyruklu yıldızlar (Kuiper kuşağından kaynaklanan kısa dönemli kuyruklu yıldızlar ve daha uzaktaki Oort bulutundan gelen uzun dönemli kuyruklu yıldızlar) yaklaşık 1 kilometre ila yüzlerce kilometre arasında değişiyordu.

“Jenny’nin fikrinin güzel yanı, yıldızlararası kuyruklu yıldızların başına gelmesi gereken şeyin tam olarak bu olması,” dedi Seligman. “Hidrojen buzdağları ve diğer çılgınca şeyler gibi tüm bu aptalca fikirlerimiz vardı ve bu, en genel açıklama.”

Bergner ve Seligman vardıkları sonuçları bu hafta Nature dergisinde yayınlayacaklar. Her ikisi de makale üzerinde işbirliği yapmaya başladıklarında Chicago Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacıydı.

Messenger from afar

Kuyruklu yıldızlar, 4,5 milyar yıl önce güneş sisteminin oluşumundan arta kalan buzlu kayalardır. böylece gökbilimcilere güneş sistemimiz oluştuğunda var olan koşullar hakkında bilgi verebilirler. Yıldızlararası kuyruklu yıldızlar, gezegen oluşturan disklerle çevrili diğer yıldızların etrafındaki koşullara ilişkin ipuçları da verebilir.

“Kuyruklu yıldızlar, güneş sisteminin protogezegen disklerinin şu anda evrim aşamasındayken neye benzediğinin bir anlık görüntüsünü koruyor. dedi. “Onları incelemek, güneş sistemimizin erken oluşum aşamasında eskiden nasıl göründüğüne bakmanın bir yolu.”

Jennifer Bergner, Ph.D. Harvard Üniversitesi’nde laboratuvar. Arka planda, yıldızlararası uzayın özelliği olan soğuk sıcaklıklarda buz kimyasını incelemek için enstrümantasyon var. Kredi: Luke Kelley

Uzak gezegen sistemlerinde de kuyruklu yıldızlar var gibi görünüyor ve birçoğunun sistemdeki diğer nesnelerle yerçekimi etkileşimleri nedeniyle fırlatılması muhtemel. sistem. Bu haydut kuyruklu yıldızlardan bazıları ara sıra güneş sistemimize girerek diğer sistemlerdeki gezegen oluşumu hakkında bilgi edinme fırsatı sağlamalıdır.

“Güneş sistemindeki kuyruklu yıldızlar ve asteroitler muhtemelen bize gezegen oluşumu hakkında bildiklerimizden daha fazlasını öğrettiler. Seligman, güneş sistemindeki gerçek gezegenlerden öğrendim, dedi. “Yıldızlararası kuyruklu yıldızların muhtemelen bize bugün ölçümlerini almaya çalıştığımız güneş dışı gezegenlerden daha fazla güneş dışı gezegenler hakkında bilgi verebileceğini düşünüyorum.”

Geçmişte gökbilimciler, gökbilimcilerden neler öğrenebileceğimiz hakkında çok sayıda makale yayınladılar. güneş sistemimizde herhangi bir yıldızlararası kuyruklu yıldız gözlemleyemedik.

Ardından, ‘Oumuamua ortaya çıktı.

19 Ekim 2017’de Maui adasında, gökbilimciler Pan-STARRS1 teleskopunu kullanıyor Manoa’daki Hawaii Üniversitesi’ndeki Astronomi Enstitüsü tarafından işletilen , önce bir kuyruklu yıldız ya da asteroit olduğunu düşündükleri şeyi fark ettiler. Eğik yörüngesinin ve yüksek hızının – saniyede 87 kilometre – güneş sistemimizin dışından geldiğini ima ettiğini anlayınca, ona Hawai’li olan 1I/’Oumuamua (oh MOO-uh MOO-uh) adını verdiler. “önce uzaktan gelen bir haberci” için. Güneş sistemimizde şimdiye kadar görülen toz tanecikleri dışında ilk yıldızlararası nesneydi. İkincisi, 2I/Borisov, 2019’da keşfedildi, ancak daha çok tipik bir kuyruklu yıldıza benziyor ve davranıyor.

Gittikçe daha fazla teleskop ‘Oumuamua’ya odaklandıkça, gökbilimciler onun yörüngesini çizebildiler ve zaten güneşin etrafında dönmüştü ve güneş sisteminin dışına doğru gidiyordu.

‘Oumuamua’nın parlaklığı periyodik olarak 12 kat değiştiği ve asimetrik olarak değiştiği için, son derece uzamış ve uçtan uca yuvarlanan olduğu varsayılmıştı. Gökbilimciler ayrıca güneşten uzaklaştıkça asteroitler için görülenden daha büyük ve kuyruklu yıldızların daha karakteristik özelliği olan hafif bir ivme fark ettiler. Kuyruklu yıldızlar güneşe yaklaştığında, yüzeyden çıkan su ve gazlar parlak, gazlı bir koma oluşturur ve bu süreçte tozu serbest bırakır. Tipik olarak, kuyruklu yıldızın izinde kalan toz tek bir kuyruk olarak görünür hale gelirken, güneş ışınlarından gelen hafif basınçla itilen buhar ve toz, güneşten uzağa bakan ikinci bir kuyruk ve ayrıca dışarı doğru küçük bir atalet itişi oluşturur. Sıkışmış organik malzemeler ve karbon monoksit gibi diğer bileşikler de salınabilir.

Neden hızlanıyordu?

Ancak gökbilimciler, ‘Oumuamua’nın çevresinde hiçbir koma, gazdan çıkmış molekül veya toz tespit edemedi.Gelen güneş enerjisi göz önüne alındığında, yalnızca H2, N2 veya karbon monoksit (CO) gibi aşırı uçucu gazlar, gözlemlerle eşleşmek için yeterli ivmeyi sağlayabilirdi.

“Güneş sisteminde hiç bir kuyruklu yıldız görmemiştik ki bu kuyruklu yıldıza sahip değildik. bir toz koması. Yani yerçekimi olmayan ivme gerçekten tuhaftı,” dedi Seligman.

Bu, kuyruklu yıldızda ivmeye neden olabilecek hangi uçucu moleküllerin olabileceği konusunda birçok spekülasyona yol açtı. Seligman’ın kendisi, kuyruklu yıldız katı hidrojenden (bir hidrojen buzdağı) oluşuyorsa, garip ivmeyi açıklamak için güneşin ısısında yeterince hidrojeni geride bırakacağını savunan bir makale yayınladı. Doğru koşullar altında, katı nitrojen veya katı karbon monoksitten oluşan bir kuyruklu yıldız, kuyruklu yıldızın yörüngesini etkilemek için yeterli kuvvetle gazını da çıkarırdı.

Ancak gökbilimciler, hangi koşulların katı cisimlerin oluşumuna yol açabileceğini açıklamak için çok çalışmak zorunda kaldılar. daha önce hiç gözlemlenmemiş hidrojen veya nitrojen. Ve katı bir H2 gövdesi yıldızlararası uzayda belki 100 milyon yıl nasıl hayatta kalabilir?

Bergner, buzda hapsolmuş hidrojenin dışarı atılmasının ‘Oumuamua’yı hızlandırmak için yeterli olabileceğini düşündü. Hem deneyci hem de teorisyen olarak, yıldızlararası ortamın (ISM) sıcaklığı olan 5 veya 10 Kelvin dereceye kadar soğutulmuş çok soğuk buzun ISM’de bulunan enerjik parçacık türleri ve radyasyonla etkileşimini inceliyor.{1 }

Geçmiş yayınları araştırırken, yüksek enerjili elektronların, protonların ve daha ağır atomların sulu buzu moleküler hidrojene dönüştürebildiğini ve bir kuyruklu yıldızın kabarık, kartopu yapısının içindeki gazı kabarcıklar halinde hapsedebileceğini gösteren birçok deney buldu. buz. Deneyler, güneşin ısısıyla olduğu gibi ısındığında, buzun tavlandığını – amorf bir yapıdan kristal bir yapıya dönüştüğünü – ve hidrojen gazı salarak kabarcıkları dışarı atmaya zorladığını gösterdi. Bergner ve Seligman, bir kuyruklu yıldızın yüzeyindeki buzun, ‘Oumuamua’ gibi küçük bir kuyruklu yıldızın yörüngesini etkilemeye yetecek kadar gaz yayabilir. Bergner, “Oumuamua, ağır işlemeden yeni geçmiş standart bir yıldızlararası kuyruklu yıldız olmakla tutarlıdır” dedi. “Çalıştırdığımız modeller, güneş sisteminde kuyruklu yıldızlardan ve asteroitlerden gördüklerimizle tutarlı. Yani, aslında kuyruklu yıldıza benzeyen bir şeyle başlayabilir ve bu senaryonun çalışmasını sağlayabilirsiniz.”

Bu fikir aynı zamanda toz komasının olmamasını da açıklıyor.

“İçeride toz olsa bile buz matrisi, buzu süblimleştirmiyorsunuz, sadece buzu yeniden düzenliyorsunuz ve ardından H2’nin salınmasına izin veriyorsunuz. Yani toz dışarı bile çıkmayacak,” dedi Seligman.

‘Karanlık’ kuyruklu yıldızlar

Seligman, ‘Oumuamua’nın ivmesinin kaynağına ilişkin vardıkları sonucun kitabın kapanması gerektiğini söyledi. kuyruklu yıldız 2017’den beri, o, Bergner ve meslektaşları, gözlemlenebilir komaya sahip olmayan, ancak yerçekimsel olmayan küçük ivmelere sahip altı küçük kuyruklu yıldız daha belirlediler, bu da bu tür “karanlık” kuyruklu yıldızların yaygın olduğunu öne sürüyor. Karanlık kuyruklu yıldızların ivmelerinden muhtemelen H2 sorumlu değildir, ancak Bergner, “Oumuamua ile birlikte güneş sistemindeki küçük cisimlerin doğası hakkında öğrenilecek çok şey olduğunu ortaya koyuyorlar.

Bu karanlık kuyruklu yıldızlardan biri kuyruklu yıldızlar, 1998 KY26, yakın zamanda asteroit Ryugu’dan örnekler toplayan Japonya’nın Hayabusa2 misyonunun bir sonraki hedefi. 1998 KY26’nın, Aralık ayında karanlık bir kuyruklu yıldız olarak tanımlanana kadar bir asteroit olduğu düşünülüyordu.

“Jenny, sıkışan hidrojen konusunda kesinlikle haklı. Bunu daha önce kimse düşünmemişti” dedi. “Güneş sistemindeki diğer karanlık kuyruklu yıldızları keşfetmekle Jenny’nin harika fikri arasında, bence bu doğru olmalı. Su, güneş sistemindeki ve muhtemelen güneş dışı sistemlerdeki kuyruklu yıldızların en bol bulunan bileşenidir. Ve eğer Oort bulutuna su açısından zengin bir kuyruklu yıldız koyarsanız veya onu yıldızlararası ortama fırlatırsanız, H2 cepleri olan şekilsiz bir buz elde etmelisiniz.”

Çünkü H2, enerjiye maruz kalan buz açısından zengin herhangi bir cisimde oluşmalıdır. Araştırmacılar, aynı mekanizmanın, yıldızlararası bir kuyruklu yıldız gibi kozmik ışınlarla ışınlanan kuyruklu yıldızların güneş sisteminin dış kesimlerindeki Oort bulutundan güneşe yaklaşan kuyruklu yıldızlarda da iş başında olacağından şüpheleniyorlar. Uzun periyotlu kuyruklu yıldızlardan gaz çıkışına ilişkin gelecekteki gözlemler, H2 oluşumu ve tuzağına düşme senaryosunu test etmek için kullanılabilir.

Rubin Gözlemevi Eski Uzay ve Zaman Araştırması (LSST) tarafından daha birçok yıldızlararası ve karanlık kuyruklu yıldız keşfedilmelidir. ), gökbilimcilerin kuyruklu yıldızlarda hidrojen gazı çıkışının yaygın olup olmadığını belirlemesine olanak tanır.Şili’de bulunan ve 2025’in başlarında faaliyete geçmesi planlanan Rubin Gözlemevi, her yıl ‘Oumuamua’ gibi bir ila üç yıldızlararası kuyruklu yıldızı ve muhtemelen Borisov gibi çok daha fazlasını tespit etmelidir.

Referans: ” H2O buzunda radyolitik olarak üretilen H2’den 1I/’Oumuamua’nın hızlandırılması”, yazan Jennifer B. Bergner ve Darryl Z. Seligman, 22 Mart 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05687-w{5 }